JP2023013062A - Positioning system, marine vessel, and marine trailer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体間の相対的位置を特定する位置特定システム、船舶および船舶用トレーラに関する。 The present invention relates to localization systems for identifying relative positions between objects, ships and marine trailers.
主に小型の船舶の陸揚げや水面への離脱を円滑に行うために、トレーラと船舶との相対的位置情報を特定する技術が知られている。特許文献1は、トレーラの位置情報を取得し、推進機を制御して船体の離脱や装着を行う技術を開示している。
BACKGROUND ART Techniques for specifying relative positional information between a trailer and a ship are known, mainly for the purpose of smoothly landing a small ship or leaving the water surface.
特許文献1は、トレーラに複数の発信機を配置すると共に船体に受信部を配置し、受信部が受信する信号の強度からトレーラと船体との距離を取得し、信号の向きからトレーラに対する船体の自方位を取得している。また、特許文献1は、船体にステレオカメラ、赤外線カメラ、TOFカメラ等のカメラを配置し、撮像した三次元画像などから、上記距離と自方位とを取得している。
In
しかしながら、特許文献1で開示されているカメラが搭載された仕様が少ないため、特許文献1で開示される手法以外の他の位置特定手法を選択肢として提案することが望まれている。
However, since there are few specifications equipped with the camera disclosed in
本発明は、船舶とトレーラとの相対的位置情報を特定することを目的とする。 An object of the present invention is to specify relative position information between a ship and a trailer.
この発明の一態様による位置特定システムは、船舶または前記船舶を積載するためのトレーラのいずれか一方である第1の物体に配置され、互いの相対的な位置関係が既知である少なくとも3つの異なる位置から波信号を発する波信号発生部と、前記船舶または前記トレーラのいずれか他方である第2の物体に配置され、前記波信号発生部の各位置から発せられた波信号を受信する波信号受信部と、前記波信号受信部により受信された前記各位置からの波信号に基づいて、前記第1の物体から見た前記第2の物体の方位を少なくとも含む前記船舶と前記トレーラとの相対的位置情報を特定する位置特定部と、を有する。 A locating system according to one aspect of the present invention comprises at least three different locators located on a first object, either a vessel or a trailer for loading said vessel, and having known relative positions to each other. A wave signal generator for emitting wave signals from a position and a wave signal located on a second object, which is the other of said ship or said trailer, for receiving wave signals emitted from each position of said wave signal generator. and a relative relationship between the vessel and the trailer including at least the azimuth of the second object as seen from the first object based on the wave signals from the respective positions received by the wave signal receiving unit. and a position specifying unit that specifies target position information.
この構成によれば、第1の物体に配置された波信号発生部において互いの相対的な位置関係が既知である少なくとも3つの異なる位置から発せられた波信号が、第2の物体に配置された波信号受信部により受信される。前記波信号受信部により受信された前記各位置からの波信号に基づいて、前記第1の物体から見た前記第2の物体の方位を少なくとも含む前記船舶と前記トレーラとの相対的位置情報が位置特定部により特定される。 According to this configuration, wave signals emitted from at least three different positions whose mutual relative positional relationship is known in the wave signal generating section arranged on the first object are arranged on the second object. Received by the wave signal receiver. Based on the wave signals from the respective positions received by the wave signal receiving unit, relative position information between the ship and the trailer, including at least the bearing of the second object as seen from the first object, is obtained. It is specified by the position specifying unit.
本発明によれば、船舶とトレーラとの相対的位置情報を特定することができる。 According to the present invention, it is possible to specify relative position information between the ship and the trailer.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る位置特定システムが適用されるトレーリングシステムの一例を示す側面図である。図2は、トレーリングシステムの一例を示す上面図である。このトレーリングシステム1000は、船舶100および、船舶100を積載するトレーラ200を含む。トレーラ200は、運転者により操縦される車両99によりけん引される船舶用トレーラである。船舶100は、一例として、いわゆるジェットボートである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a side view showing an example of a trailing system to which a position specifying system according to a first embodiment of the invention is applied. FIG. 2 is a top view showing an example of a trailing system. This
トレーリングシステム1000は、船舶100をトレーラ200から離脱させるとともに、トレーラ200に装着させることが可能なシステムである。水辺には、水底に向かって下方に傾斜する傾斜部(ランプ)Rが形成されている。船舶100を陸上97にあるトレーラ200から水面98に移動(離脱)させる際(離脱時)には、図1に示すように、運転者は、車両99を運転して傾斜部Rにトレーラ200を移動させる。ここで、自動トレーラモードに切り替わると、船舶100が自動でトレーラ200から離間する方向に移動する。これによって自動で離脱作業が行われる。
The
また、船舶100を水面98から陸上97のトレーラ200に移動(装着)させる際(装着時)には、まず、運転者は、傾斜部Rにトレーラ200を移動させる。ここで、自動トレーラモードに切り替わると、船舶100は自動で操船され、トレーラ200に向かう方向に移動する。これによってトレーラ200に自動で装着作業が行われる。自動による離脱や装着の具体的な作業は、国際公開2016/163559号公報等に開示されるような公知の方法によって実現可能である。
When moving (mounting) the
なお、上記のような自動での、主として装着の作業は、位置特定部としての制御部101が、船舶100とトレーラ200との「相対的位置情報」を特定した後に行うと効率的である。なお、トレーラ200に対する船舶100の離脱や装着が自動でなされることは必須でない。
It should be noted that it is efficient to perform the above-described automatic mounting work mainly after the control unit 101 as the position specifying unit specifies the “relative position information” between the
ここで、「相対的位置情報」については、図2に示すように上方から見た量として定義され、距離L、船方位φ、トレーラ方位θを含む。相対的位置情報を定義する上での基準位置は、トレーラ200における基準位置PT、船舶100における基準位置PBであるとする。なお、基準位置PT、基準位置PBはどの部位であってもかまわない。
Here, "relative position information" is defined as an amount viewed from above as shown in FIG. 2, and includes distance L, ship heading φ, and trailer heading θ. Assume that the reference positions for defining the relative position information are the reference position PT on the
距離Lは、トレーラ200(第1の物体)と船舶100(第2の物体)との距離である。すなわち、距離Lは、基準位置PTと基準位置PBとの直線距離である。船方位φは、トレーラ200から見た船舶100の方位(方角)である。トレーラ方位θは、船舶100から見たトレーラ200の方位(方角)である。
Distance L is the distance between trailer 200 (first object) and vessel 100 (second object). That is, the distance L is the linear distance between the reference position PT and the reference position PB. The ship azimuth φ is the azimuth (direction) of the
図3は、トレーリングシステム1000のブロック図である。本実施の形態における位置特定システムは、主として、制御部101、波信号発生部201および波信号受信部107により実現される。
FIG. 3 is a block diagram of
船舶100は、船体100a(図1、図2参照)と、船体100aに設けられた推進機120とを含んでいる。この船舶100は、推進機120により噴流を噴出することによって推進力を得る。
The
推進機120は、駆動力を発生するためのエンジン125と、エンジン125の駆動力を調整した状態で伝達する前後進切替機構124と、噴流を噴出する噴射ノズル126とを含んでいる。船舶100は、前後進切替機構124を介してエンジン125の駆動力が伝達されるプロペラ(図示せず)を含んでいる。推進機120は、駆動力によりプロペラが回転することによって噴射ノズル126から噴流を発生させる。また、船舶100は、プロペラの回転により発生した噴射ノズル126からの噴流の噴出方向を変えることによって、船舶100の進行方向を調整する。
The
船舶100は、制御部101、ECU(Engine Control Unit)115、シフトCU(Control Unit)114およびステアリングCU116を含んでいる。制御部101は、推進機120を含む船舶100全体を制御する。制御部101は、CPU102、ROM103、RAM104およびタイマ105を備える。ROM103は制御プログラムを格納している。CPU102は、ROM103に格納された制御プログラムをRAM104に展開して実行することにより、各種の制御処理を実現する。RAM104は、CPU102が制御プログラムを実行する際のワークエリアを提供する。
Vessel 100 includes control unit 101 , ECU (Engine Control Unit) 115 , shift CU (Control Unit) 114 and steering
ECU115、シフトCU114およびステアリングCU116はそれぞれ、制御部101からの指示に基づき、エンジン125、前後進切替機構124および噴射ノズル126を制御する。
船舶100は、センサ群109を備える。このセンサ群109には、潮流センサ、風速センサ、フックセンサ、着水センサ、加速度センサ、速度センサおよび角速度センサが含まれる(いずれも図示せず)。フックセンサは、トレーラ200のフックが船体100aに掛けられていることを検知する。着水センサは、推進機120の噴射ノズル126が水中に位置することを検知する。加速度センサは、船体100aの加速度を検知するのに加えて、船体100aの傾斜を検知することによって、船体100aの姿勢を検知する。速度センサおよび角速度センサは、それぞれ、船体100aの速度(船体速度)および角速度を検知する。
Vessel 100 includes
船舶100の船体100aには、ステアリング112およびシフトレバー113が設けられている。制御部101は、操作されたステアリング112の回転角に基づいて、ステアリングCU116を介して、噴射ノズル126から噴出される噴流の噴出方向を制御する。また、制御部101は、操作されたシフトレバー113の位置に基づいて、シフトCU114を介して、前後進切替機構124を変更する制御を行う。
A
船舶100は、メモリ111、表示部110、設定操作部117、通信I/F106、波信号受信部107およびGNSS受信部108を備える。メモリ111は不揮発性の記憶媒体である。表示部110はディスプレイを備え、制御部101からの指示に基づき各種情報を表示する。設定操作部117は、操船に関する操作をするための操作子のほか、各種設定を行うための設定操作子、各種指示を入力するための入力操作子を含む(いずれも図示せず)。
通信I/F106は、外部装置と無線または有線で通信する。GNSS受信部108は、GNSS(Global Navigation Satellite Systems)衛星からのGNSS信号を定期的に受信する。波信号受信部107については、図4、図5で説明する。波信号受信部107およびGNSS受信部108が受信した信号は制御部101に供給される。
Communication I/
トレーラ200は、波信号発生部201および通信I/F202を備える。通信I/F202は、外部装置と無線または有線で通信する。通信I/F202は、通信I/F106とも通信する。なお、船舶100とトレーラ200との通信方法は問わない。
本実施の形態における波信号発生部201および波信号受信部107について説明する。図4は、波信号発生部201および波信号受信部107の配置を示すトレーリングシステム1000の模式的な上面図である。
Wave
トレーラ200に配置される波信号発生部201は、互いの相対的な位置関係が既知である少なくとも3つの異なる位置から波信号を発する。具体的には、本実施の形態では、波信号発生部201として、第1のLED131、第2のLED132、第3のLED133という3つのLEDが採用される。あるLEDを基準とした相対的な他のLEDの3次元座標(相対的な位置関係)は既知である。例えば、第1のLED131の配置位置(第1の位置)に対し、第2のLED132の配置位置(第2の位置)、第3のLED133の配置位置(第3の位置)は既知である。本実施の形態では、波信号は光信号であり、好ましくは赤外光であるとする。
A
一方、本実施の形態では、船舶100に配置される波信号受信部107として、カメラ134(撮像装置)が採用される。カメラ134は、撮像範囲において、波信号発生部201の各位置から発せられた光信号を受信する赤外線カメラである。本実施の形態では、一例として、第1のLED131の配置位置を基準位置PT(図2参照)とし、カメラ134の配置位置を基準位置PBとしている。
On the other hand, in this embodiment, a camera 134 (imaging device) is employed as the
トレーラ200が水平面上にあるときを基準として、便宜上、方向を定義する。トレーラ200の長手方向をYT方向とし、特に前方を+YT方向、後方を-YT方向とする。YT方向は、船舶100の離脱・装着方向に該当する。また、トレーラ200の左右方向をXT方向とする。船舶100の前号方向をYB方向とし、特に前方を+YB方向、後方を-YB方向とする。船舶100の左右方向をXB方向とする。カメラ134は船体100aの前部に配置され、+YB方向(前方)を撮像方向としている。
For convenience, the directions are defined with reference to when the
トレーラ200が水平面上にあるとき、LED131、132、133は、上下方向から見て一直線上に並ばない。第1のLED131に対して、LED132、133は、YT方向(前後方向)に異なる位置で且つ上下方向に異なる位置に位置する。また、第2のLED132と第3のLED133とは、XT方向(左右方向)に異なる位置に位置する。一例として、LED132、133は、LED131に対して+YT方向で且つ高い位置に配置されている。LED132、133は、YT方向で互いに共通の位置に配置されている。
When the
図5(a)、(b)は、相対的位置情報を特定する「位置特定処理」において、カメラ134により撮像された画像の一例を示す図である。撮像画像は表示部110に表示される。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an example of images captured by the camera 134 in the "position specifying process" for specifying relative position information. The captured image is displayed on the
「位置特定処理」は、次の手順で実施される。まず、車両99の運転者がトレーラ200を傾斜部Rまで移動させると共に、LED131、132、133の点灯を開始する。なお、他の発光物体と区別しやすくするために、LED131、132、133は特定のパターンで点滅する。操船者は設定操作部117を介して制御部101に対して位置特定処理の開始を指示する。これにより、カメラ134は撮像を開始する。
"Position specifying processing" is performed in the following procedure. First, the driver of the
次に、操船者は、撮像範囲に3つのLED131、132、133が含まれる向きとなるように操船する。制御部101は、LED131、132、133を被写体として含む撮像画像を生成し、図5(a)、(b)に示すように、撮像画像を表示部110に表示させる。制御部101は、LED131、132、133の全てが撮像画像に含まれると判断すると、当該撮像画像から輝点を抽出する。輝点は、画面内で、LED131、132、133の各位置に対応し、周囲と比較して輝度の高い位置である。
Next, the operator steers the vessel so that the three
次に、制御部101は、画像内における輝点の位置と、上述したLED131、132、133間の相対的な位置関係と、に基づいて、「相対的位置情報」を特定する。特定された相対的位置情報は、表示部110への表示や音声によって出力されると共に、メモリ111に記憶される。また、相対的位置情報は、位置特定処理の実行中に随時更新される。なお、相対的位置情報を特定する上で、制御部101は、撮像画像を表示部110に表示させることは必須でなく、内部処理により輝点を抽出してもよい。
Next, the control unit 101 identifies "relative position information" based on the positions of the bright spots in the image and the relative positional relationship between the
図5(a)、(b)を用いて、抽出された輝点から相対的位置情報を特定する例を説明する。まず、図5(a)、(b)に示す撮像画像において、輝点141、142、143はそれぞれ、カメラ134から見た(つまり撮像範囲における)LED131、132、133の各位置に対応する。
An example of specifying relative position information from the extracted bright spots will be described with reference to FIGS. First, in the captured images shown in FIGS. 5A and 5B,
制御部101は、左右方向における輝点141の位置に基づいて、トレーラ方位θを特定する。ここで、船舶100の真正面(+YB方向)にトレーラ200が位置するとき、トレーラ方位θが「0」となることから、輝点141は画面内の左右方向における中間に位置する。画面内の右端から左右方向における中間位置までの間隔D0は既知である。画角が既知であることから、右端から輝点141の位置までの間隔D3と間隔D0との差分と、トレーラ方位θと、の対応関係も既知である。例えば、図5(b)に示す例では、制御部101は、右端から輝点141の位置までの間隔D3と間隔D0とから、トレーラ方位θを特定することができる。なお、以降で登場するものも含め、既知の値や対応関係は、予めROM103に記憶されている。
The control unit 101 identifies the trailer orientation θ based on the position of the
図5(c)は、LED131、132、133を上下方向から見た模式図である。上下方向からみて、LED131、132、133を頂点とする三角形は、一辺の長さがaの正三角形であるとする。
FIG. 5(c) is a schematic view of the
制御部101は、次のようにして船方位φを特定する。まず、図5(b)に示すように、制御部101は、画像内における輝点142と輝点143との中間位置C1を求める。次に制御部101は、左右方向における輝点141と中間位置C1との間隔D1を求める。また、制御部101は、画像内における輝点142と輝点143との左右方向における間隔D2を求める。ここで、トレーラ200の真後ろ(-YT方向)に船舶100が位置するとき、船方位φが「0」となる。
The control unit 101 identifies the ship heading φ as follows. First, as shown in FIG. 5B, the control unit 101 obtains an intermediate position C1 between the
制御部101は、間隔D1と間隔D2とに基づいて船方位φを特定することができる。図5(c)に示すように、船舶100から見てLED131の延長上で且つLED132、133を結ぶ線分上の点をP1とする。LED132、133を結ぶ線分上における点P1と中間位置C1との距離を距離dとする。船方位φについては、φ=arctan{d/(a√3/2)}が成立する。距離dについては、d=D1/D2が成立する。従って、船方位φは、φ=arctan{(D1/D2)/(a√3/2)}により算出される。
The control unit 101 can specify the ship heading φ based on the interval D1 and the interval D2. As shown in FIG. 5(c), a point on an extension of the
制御部101は、次のようにして距離Lを特定する。まず、制御部101は、図5(b)に示すように、画像内における輝点142と輝点143との左右方向における間隔D2を求める。画像内での見かけ上の間隔D2は、船方位φが一定であれば距離Lが短いほど大きくなり、距離Lが一定であれば船方位φが0に近いほど大きくなる。間隔D2と船方位φと距離Lとの対応関係は既知である。よって、制御部101は、間隔D2と船方位φとから距離Lを特定することができる。一例として、図4に示したLED131、132、133の配置を前提にすれば、L=係数K×間隔D2/cosφにより距離Lは算出される。係数Kは、φ=0時における間隔D2と距離Lとの比例定数である。
The control unit 101 identifies the distance L as follows. First, as shown in FIG. 5B, the control unit 101 obtains the distance D2 in the horizontal direction between the
このように特定された相対的位置情報(距離L、船方位φ、トレーラ方位θ)は、船舶100をトレーラ200に装着する際などに利用される。
The relative position information (distance L, ship azimuth φ, trailer azimuth θ) specified in this way is used when the
本実施の形態によれば、トレーラ200に設けられた波信号発生部201は、互いの相対的な位置関係が既知である少なくとも3つの異なる位置から波信号を発する。船舶100に設けられた波信号受信部107により受信された各位置からの波信号に基づいて、相対的位置情報が特定される。具体的には、制御部101は、波信号発生部201であるLED131、132、133から発した光信号を波信号受信部107であるカメラ134が撮像した画像から輝点を抽出する。そして制御部101は、画像内における輝点の位置と上記相対的な位置関係とに基づいて、相対的位置情報を特定する。これにより、船舶100とトレーラ200との相対的位置情報として、トレーラ方位θ、船方位φおよび距離Lを特定することができる。
According to this embodiment, the
また、トレーラ200が水平面上にあるとき、LED131、132、133は、上下方向から見て一直線上に並ばない。第1のLED131に対して、LED132、133は、前後方向に異なる位置に位置する。また、LED132、133は、互いに左右方向に異なる位置に位置する。これらにより、トレーラ方位θ、船方位φおよび距離Lを簡単に算出することができる。
Also, when the
しかも、第1のLED131に対して、LED132、133は、上下方向に異なる位置に位置する。これにより、撮像画像内で、LED131に対応する輝点とLED132、133に対応する輝点とが重なりにくくなり、区別が容易となる。従って、輝点の誤抽出を抑制し、相対的位置情報の特定精度を高めることができる。
Moreover, the
なお、LED131、132、133の高さを異ならせることは必須でなく、互いに同一平面上に配置してもよい。この場合であっても、トレーラ200を傾斜部Rへ移動させた状態では、通常、LED131よりもLED132、133の方が高い位置に位置するので、各々に対応する輝点の区別は容易だからである。
Note that it is not essential that the
なお、LED131、132、133は、赤外光を発するので、外乱の影響を抑制することができる。また、LED131、132、133は、特定のパターンで点滅するので、他の発光物体と区別しやすくなる、これらによっても、相対的位置情報の特定精度を高めることができる。なお、光信号が赤外光であることや点滅することは必須でない。
In addition, since the
なお、LED131、132、133に代えて、LED131、132、133と同じ配置位置に所定のマーカを配置し、これらのマーカを被写体として含むように撮像した画像から相対的位置情報を特定してもよい。この場合、制御部101は、例えば、撮像画像内でマーカに対応する特徴点を3つ抽出し、輝点の場合と同様に算出処理することで、相対的位置情報を特定することができる。
Note that, instead of the
(第2の実施の形態)
図6は、本発明の第2の実施の形態における波信号発生部201および波信号受信部107の配置を示すトレーリングシステム1000の模式的な上面図である。本実施の形態では、第1の実施の形態に対し、波信号発生部201および波信号受信部107として採用される構成要素が異なり、それに伴い、相対的位置情報の特定方法も異なる。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a schematic top view of trailing
本実施の形態では、波信号発生部201として、3つの音発生装置であるスピーカSPA、SPB、SPCが採用される。あるスピーカ(例えば、スピーカSPA)を基準とした相対的な他のスピーカ(例えば、スピーカSPB、SPC)の3次元座標(相対的な位置関係)は既知である。本実施の形態では、波信号は音信号であり、好ましくは超音波信号であるとする。
In this embodiment, as
一方、本実施の形態では、船舶100に配置される波信号受信部107として、2つのマイクロフォン(以下、マイクMC1、MC2と称する)が採用される。マイクMC1、MC2は、波信号発生部201の各位置から発せられた音信号を受信する。本実施の形態では、一例として、スピーカSPAの配置位置を基準位置PT(図1参照)とし、マイクMC1の配置位置を基準位置PBとしている。
On the other hand, in the present embodiment, two microphones (hereinafter referred to as microphones MC1 and MC2) are employed as wave
トレーラ200が水平面上にあるとき、スピーカSPA、SPB、SPCの上下方向の高さは略共通である。上下方向から見たスピーカSPA、SPB、SPCの位置は互いに異なる。また、上下方向から見たマイクMC1、MC2の位置は互いに異なる。
When the
図7は、スピーカSPA、SPB、SPCでの音信号発生とマイクMC1、MC2での音信号受信を示すタイミングチャートである。図7において、横軸は時間の経過を示す。マイクMC1、MC2は各々、スピーカSPA、SPB、SPCから発せられた音信号を受信する。図7では、代表としてマイクMC1による音信号の受信時刻が示されている。 FIG. 7 is a timing chart showing sound signal generation by the speakers SPA, SPB and SPC and sound signal reception by the microphones MC1 and MC2. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the passage of time. Microphones MC1, MC2 receive sound signals emitted from speakers SPA, SPB, SPC, respectively. In FIG. 7, the reception time of the sound signal by the microphone MC1 is shown as a representative.
波信号発生部201の各位置からの音信号の発生時刻は互いに異なっている。発音タイミングをずらすことで、マイクMC1、MC2において音発生元の区別が容易となり誤特定を抑制できる。具体的には、スピーカSPA、SPB、SPCの順で、所定時間Time(例えば、20ms)の間隔で音信号が発生する。音発生元の区別を容易にするために、所定時間Timeは、隣接するスピーカ同士の距離を音が進む所要時間より長い時間に設定される。
The generation time of the sound signal from each position of the
図7に示すように、スピーカSPA、SPB、SPCでの音信号の発生時刻はそれぞれ時刻TAS、TBS、TCSである。音信号はパルス状に発生するとし、発生時刻はパルスの立ち上がり時刻として定義される。スピーカSPA、SPB、SPCから発した音信号の受信時刻が、それぞれ、時刻TAM、TBM、TCMである。 As shown in FIG. 7, the sound signal generation times at the speakers SPA, SPB, and SPC are times TAS, TBS, and TCS, respectively. It is assumed that the sound signal is generated in the form of pulses, and the generation time is defined as the rise time of the pulse. The reception times of the sound signals emitted from the speakers SPA, SPB, and SPC are times TAM, TBM, and TCM, respectively.
以下に説明するように、制御部101は、各位置からの各音信号の発生時刻(時刻TAS、TBS、TCS)と、マイクMC1、MC2での各音信号の受信時刻(時刻TAM、TBM、TCM)と、上記相対的な位置関係とに基づいて、マイクMC1、MC2の位置を特定する。マイクMC1、MC2の位置は、例えば、スピーカSPAを基準とした相対的な水平面上の2次元座標として特定される。そして制御部101は、特定したマイクMC1、MC2の位置に基づいて、相対的位置情報(トレーラ方位θ、船方位φ、距離L)を特定する。 As described below, the control unit 101 controls the generation time of each sound signal from each position (time TAS, TBS, TCS) and the reception time of each sound signal at the microphones MC1 and MC2 (time TAM, TBM, TCM) and the relative positional relationship, the positions of the microphones MC1 and MC2 are specified. The positions of the microphones MC1 and MC2 are specified, for example, as two-dimensional coordinates on the horizontal plane relative to the speaker SPA. Then, the control unit 101 identifies relative position information (trailer azimuth θ, ship azimuth φ, distance L) based on the identified positions of the microphones MC1 and MC2.
本実施の形態における「位置特定処理」では、運転者がトレーラ200を傾斜部Rに位置させると共に、スピーカSPA、SPB、SPCから音信号を発生させる。操船者は制御部101に対して位置特定処理の開始を指示する。これにより、マイクMC1、MC2は音信号の受信を開始する。制御部101は、音信号の受信時刻を記録する。音信号の発生は定期的に繰り返し実施されてもよく、制御部101は、複数回の受信時刻の平均値を採用してもよい。
In the "position specifying process" according to the present embodiment, the driver positions the
まず、各座標は次のように定義される。求めたいマイクMC1、MC2の座標を(x、y)とする。水平面上におけるスピーカSPAの座標を(xA、yA)とする。スピーカSPB、SPCの各座標を(xB、yB)、(xC、yC)とする。座標(xA、yA)を基準とすれば、座標(xB、yB)、(xC、yC)は既知である。音速(定数)をVとする。時刻TAM、TBM、TCMは計測値である。時刻TAS、TBS、TCSは、未知であるが、互いの時間間隔は既知である。 First, each coordinate is defined as follows. Assume that the coordinates of the microphones MC1 and MC2 to be obtained are (x, y). Let the coordinates of the speaker SPA on the horizontal plane be (xA, yA). Let the coordinates of the speakers SPB and SPC be (xB, yB) and (xC, yC), respectively. Taking the coordinates (xA, yA) as a reference, the coordinates (xB, yB) and (xC, yC) are known. Let V be the speed of sound (constant). Times TAM, TBM, and TCM are measured values. The times TAS, TBS, TCS are unknown, but their mutual time intervals are known.
代表して、マイクMC1の座標(x、y)は、マイクMC1による受信時刻TAM、TBM、TCMを用いて、次の連立式1~3により算出される。ここで、「^2」は2乗を意味する。
(xA-x)^2+(yA-y)^2=(V^2)・(TAM-TAS)^2…(1)
(xB-x)^2+(yB-y)^2=(V^2)・(TBM-TBS)^2…(2)
(xC-x)^2+(yC-y)^2=(V^2)・(TCM-TCS)^2…(3)
なお、マイクMC2の座標は、判明したマイクMC1の座標から特定される。あるいは、マイクMC2の座標は、マイクMC2による時刻TAM、TBM、TCMを用いて、上記連立式1~3により算出されてもよい。このようにして、スピーカSPAを基準としたマイクMC1、MC2の各座標(x、y)が算出される。従って、水平面上において、マイクMC1、MC2のそれぞれと、スピーカSPA、SPB、SPCのそれぞれとの位置関係が判明する。
Representatively, the coordinates (x, y) of the microphone MC1 are calculated by the following
(xA-x)^2+(yA-y)^2=(V^2)(TAM-TAS)^2 (1)
(xB-x)^2+(yB-y)^2=(V^2).(TBM-TBS)^2 (2)
(xC-x)^2+(yC-y)^2=(V^2).(TCM-TCS)^2 (3)
Note that the coordinates of the microphone MC2 are identified from the determined coordinates of the microphone MC1. Alternatively, the coordinates of the microphone MC2 may be calculated by the
スピーカSPAの配置位置を基準位置PTとし、マイクMC1の配置位置を基準位置PBとしたので、制御部101は、スピーカSPAとマイクMC1との位置情報から距離Lを特定することができる。さらに、スピーカSPA、SPB、SPCの位置関係と、マイクMC1、MC2の位置関係とから、トレーラ方位θ、船方位φも特定することができる。 Since the arrangement position of the speaker SPA is set as the reference position PT and the arrangement position of the microphone MC1 is set as the reference position PB, the control unit 101 can specify the distance L from the position information between the speaker SPA and the microphone MC1. Furthermore, the trailer azimuth θ and ship azimuth φ can also be specified from the positional relationship of the speakers SPA, SPB, and SPC and the positional relationship of the microphones MC1 and MC2.
なお、基準位置PBを、マイクMC1とマイクMC2との中央位置にする等、船舶100の所定位置に設定してもよい。その場合でも、船舶100の所定位置は、マイクMC1、MC2の位置から判明するので、トレーラ方位θ、船方位φ、距離Lを特定することが可能である。
Note that the reference position PB may be set at a predetermined position on the
本実施の形態によれば、制御部101は、トレーラ200に設けられたスピーカSPA、SPB、SPCから発した各音信号を船舶100に設けられたマイクMC1、MC2が受信する。制御部101は、各音信号の発生時刻(時刻TAS、TBS、TCS)と、マイクMC1、MC2での各音信号の受信時刻(時刻TAM、TBM、TCM)と、上記相対的な位置関係とに基づいて、マイクMC1、MC2の位置を特定する。そして制御部101は、特定したマイクMC1、MC2の位置に基づいて、相対的位置情報を特定する。よって、船舶100とトレーラ200との相対的位置情報として、トレーラ方位θ、船方位φおよび距離Lを特定することに関し、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
According to the present embodiment, control unit 101 causes microphones MC1 and MC2 provided on
また、各音信号の発生時刻(時刻TAS、TBS、TCS)を互いに異ならせているので、受信した音信号の発生元がどのスピーカであるかの区別が容易となり、相対的位置情報の誤特定を抑制することができる。なお、発生タイミングをずらすことは必須でない。発生元を区別容易にする観点からは、例えば、スピーカから発する音の周波数を異ならせてもよい。 In addition, since the generation time (time TAS, TBS, TCS) of each sound signal is set to be different from each other, it becomes easy to distinguish which speaker is the source of the received sound signal, and erroneous identification of relative position information. can be suppressed. Note that it is not essential to shift the generation timing. From the standpoint of facilitating the identification of sources, for example, the frequencies of sounds emitted from speakers may be varied.
また、音信号は超音波信号であるので、外乱を抑制して相対的位置情報を高精度に特定可能である。なお、音信号が超音波信号であることは必須でない。 Moreover, since the sound signal is an ultrasonic signal, it is possible to suppress disturbance and specify the relative position information with high accuracy. It should be noted that it is not essential that the sound signal is an ultrasonic signal.
また、スピーカSPA、SPB、SPCの上下方向の高さは略共通であるので、上下方向の距離成分を算出時に考慮しなくても相対的位置情報を高精度に特定可能であり、負荷が低減される。なお、スピーカSPA、SPB、SPCの上下方向の高さを共通にすることは必須でない。また、仮に、スピーカSPA、SPB、SPCの上下方向の配置高さの差を考慮して相対的位置情報を特定する場合は、上記連立式において、上下方向の成分に対応する項を設け、マイクMC1、MC2の3次元座標を求めるようにしてもよい。あるいは、スピーカSPA、SPB、SPCとは別に、これらに対して上下方向の位置が異なる第4のスピーカを設けてもよい。そして、上記した3つの連立式に、さらに第4のスピーカに対応する式を加えた連立式から、相対的位置情報を特定してもよい。 In addition, since the heights of the speakers SPA, SPB, and SPC in the vertical direction are substantially the same, the relative position information can be specified with high accuracy without considering the distance component in the vertical direction when calculating, and the load is reduced. be done. It is not essential that the speakers SPA, SPB, and SPC have the same height in the vertical direction. If the relative positional information is to be specified in consideration of the difference in the arrangement height of the speakers SPA, SPB, and SPC in the vertical direction, a term corresponding to the component in the vertical direction is provided in the above simultaneous equation, and the microphone Three-dimensional coordinates of MC1 and MC2 may be obtained. Alternatively, apart from the speakers SPA, SPB, and SPC, a fourth speaker whose position in the vertical direction is different from these speakers may be provided. Then, the relative position information may be identified from a simultaneous equation obtained by adding an equation corresponding to the fourth speaker to the three simultaneous equations described above.
(第3の実施の形態)
図8は、本発明の第3の実施の形態における波信号発生部201および波信号受信部107の配置を示すトレーリングシステム1000の模式的な上面図である。本実施の形態では、第1の実施の形態に対し、波信号発生部201および波信号受信部107として採用される構成要素が異なり、それに伴い、相対的位置情報の特定方法も異なる。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
(Third Embodiment)
FIG. 8 is a schematic top view of trailing
本実施の形態では、波信号発生部201として、3つの指向性LED151、152、153が採用される。発光部である指向性LED151、152、153はほぼ同じ位置に集中配置される。本実施の形態では、波信号は光信号であり、好ましくは赤外光であるとする。指向性LED151、152、153が発する光信号は、互いに異なる方向を指向する。図8に示すように、指向の違いにより、LED151、152、153による光信号の照射領域は、照射領域151a、152a、153aである。LED151、152、153が発する光信号の点滅パターンは互いに異なっている。
In this embodiment, three directional LEDs 151 , 152 and 153 are employed as
一方、本実施の形態では、船舶100に配置される波信号受信部107として、3つの受光部であるフォトダイオード(以下、フォトダイオードFD1、FD2、FD3)が採用される。フォトダイオードFD1、FD2、FD3は、互いに異なる方向を受光範囲とする。フォトダイオードFD1、FD2、FD3の受光範囲を、それぞれ受光範囲FD1a、FD2a、FD3aとする。好ましくは、受光範囲FD1a、FD2a、FD3aは、互いに重ならない。
On the other hand, in the present embodiment, photodiodes (hereinafter, photodiodes FD1, FD2, and FD3), which are three light receiving units, are employed as the wave
ここで、互いに隣接する照射領域151a、152a、153aは互いに重なる領域を有する。従って、重なりのない領域と重なる領域とを区別することで、5つの領域α1~α5に区分できる。すなわち、照射領域151a、152a、153aのそれぞれの単独領域が領域α1、α3、α5である。照射領域151a、152aの重なり領域が領域α2であり、照射領域152a、153aの重なり領域が領域α4である。
Here, the
本実施の形態における「位置特定処理」では、運転者がトレーラ200を傾斜部Rに位置させると共に、LED151、152、153から光信号を発生させる。操船者は制御部101に対して位置特定処理の開始を指示する。これにより、フォトダイオードFD1、FD2、FD3は光信号の受信を開始する。
In the “position specifying process” in this embodiment, the driver positions the
船舶100をトレーラ200が存在する方向へ概ね向ければ、波信号発生部201から発した光信号は、フォトダイオードFD1、FD2、FD3のいずれかによって受光される。制御部101は、フォトダイオードFD1、FD2、FD3のうちいずれかにより受光された光信号の発生元がLED151、152、153のいずれであるかによって、船方位φを特定する。上述したように、領域は5つに区分されているので、光信号の発生元がどの領域に属するかによって、船方位φを5段階で特定することができる。領域α1~α5のそれぞれに、船方位φがφ1~φ5として対応付けられている。例えば、光信号の発生元がα2に属すれば、船方位φはφ2であると特定される。
If the
ここで、領域α1~α5を区別容易にするために、LED151、152、153が発する光信号の点滅パターンが互いに異なると共に、互いの位相をずらしてある。図8に示すように、一定時間内の光のパルス数は、LED151が最も多く、LED152が最も少なくなっている。従って、α1、α3、α5では、1種類の固定の点滅パターンの光信号が受光される。また、互いの位相がずれていることで、領域α2では、LED151による細かい点滅パターンとLED152による大まかな点滅パターンとが交互に受光される。同様に、領域α4では、LED152による大まかな点滅パターンとLED153による中程度の点滅パターンとが交互に受光される。このように、点滅パターンの繰り返しから、領域α1~α5を区別することができる。 Here, in order to easily distinguish between the areas α1 to α5, the blinking patterns of the optical signals emitted by the LEDs 151, 152, and 153 are different from each other and their phases are shifted. As shown in FIG. 8, the LED 151 has the largest number of pulses of light within a certain period of time, and the LED 152 has the smallest. Therefore, at α1, α3, and α5, optical signals of one type of fixed blinking pattern are received. Further, since the phases are shifted from each other, in the area α2, the fine blinking pattern of the LED 151 and the rough blinking pattern of the LED 152 are alternately received. Similarly, in the area α4, light is alternately received in a rough blinking pattern by the LED 152 and a moderate blinking pattern by the LED 153 . Thus, the regions α1 to α5 can be distinguished from the repetition of the blinking pattern.
一方、制御部101は、波信号発生部201からの光信号が、フォトダイオードFD1、FD2、FD3のうちいずれによって受光されたかによって、トレーラ方位θを特定する。フォトダイオードFD1、FD2、FD3に、トレーラ方位θがθ1、θ2、θ3として対応付けられている。例えば、フォトダイオードFD2で光信号が受光されたならば、トレーラ方位θはθ2であると特定される。
On the other hand, the controller 101 identifies the trailer azimuth θ depending on which of the photodiodes FD1, FD2, and FD3 receives the optical signal from the
他の例を挙げると、照射領域151aにフォトダイオードFD1が入り且つ、FD1の受光範囲FD1aにLED151が入った場合、船方位φはφ1であると特定され、トレーラ方位θはθ1であると特定される。
To give another example, when the photodiode FD1 enters the
本実施の形態によれば、LED151、152、153から指向性のある光信号が発せられ、フォトダイオードFD1、FD2、FD3により受光された光信号の発生元によって、船方位φが特定される。特に、LED151、152、153が発する光信号の点滅パターンが互いに異なり、且つ互いの位相がずれているので、より細かな領域α1~α5に区分して船方位φを特定することができる。 According to the present embodiment, the LEDs 151, 152, and 153 emit directional optical signals, and the ship's bearing φ is specified by the source of the optical signals received by the photodiodes FD1, FD2, and FD3. In particular, since the blinking patterns of the optical signals emitted by the LEDs 151, 152, and 153 are different from each other and are out of phase with each other, the ship heading φ can be specified by dividing into finer areas α1 to α5.
また、光信号が、フォトダイオードFD1、FD2、FD3のうちいずれによって受光されたかによってトレーラ方位θが特定される。 Also, the trailer azimuth θ is specified depending on which one of the photodiodes FD1, FD2, and FD3 receives the optical signal.
よって、船舶100とトレーラ200との相対的位置情報として、トレーラ方位θおよび船方位φを特定することに関し、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
Therefore, the same effects as in the first embodiment can be obtained in specifying the trailer azimuth θ and the ship azimuth φ as the relative position information between the
また、LED151、152、153は、赤外光を発するので、外乱の影響を抑制することができる。なお、光信号が赤外光であることは必須でない。また、LED151、152、153が点滅することは必須でない。例えば、LED151、152、153が互いに異なる色で発光することで、発生元を区別できるようにしてもよい。 Moreover, since the LEDs 151, 152, and 153 emit infrared light, the influence of disturbance can be suppressed. In addition, it is not essential that the optical signal is infrared light. Also, it is not essential that the LEDs 151, 152, and 153 blink. For example, the LEDs 151, 152, and 153 may emit light in different colors so that the source can be distinguished.
なお、指向性LEDの数やフォトダイオードの数は3つに限定されない。船方位φやトレーラ方位θをより細かく特定したい場合は、指向性LEDやフォトダイオードの数を増やしてもよい。また、船方位φまたはトレーラ方位θを求める効果を要しない場合は、指向性LEDまたはフォトダイオードの数は1つでもよい。 Note that the number of directional LEDs and the number of photodiodes are not limited to three. If it is desired to specify the ship azimuth φ and the trailer azimuth θ in more detail, the number of directional LEDs and photodiodes may be increased. Also, if the effect of determining the ship azimuth φ or the trailer azimuth θ is not required, the number of directional LEDs or photodiodes may be one.
なお、上記各実施の形態において、相対的位置情報を特定する位置特定処理の機能を、船舶100における制御部101が有した。しかし、これに限定されず、位置特定処理の機能をトレーラ200に設けてもよいし、スマートフォン等の外部通信装置に設けてもよい。
In each of the above-described embodiments, the control unit 101 in the
なお、上記各実施の形態において、波信号発生部201はトレーラ200に設けられ、波信号受信部107は船舶100に設けられたが、波信号発生部201、波信号受信部107の配置箇所を逆にしてもよい。すなわち、波信号発生部201は、船舶100またはトレーラ200のいずれか一方である第1の物体に配置され、波信号受信部107は、船舶100またはトレーラ200のいずれか他方である第2の物体に配置されてもよい。
In each of the above embodiments, the
なお、波信号発生部201を桟橋または船舶の一方に設けると共に、波信号受信部107を桟橋または船舶の他方に設けてもよい。この場合、船舶においては左右いずれかの側部に波信号発生部201または波信号受信部107を配置してもよい。そうすれば、特定した相対的位置情報を基に桟橋に船舶を横付けするといった操船制御が容易になる。あるいは、波信号発生部201を一方の船舶に設けると共に、波信号受信部107を他方の船舶に設けてもよい。そうすれば、一方の船舶が他方の船舶を追尾することが容易となる。
The
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。 Although the present invention has been described in detail based on its preferred embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms without departing from the gist of the present invention can be applied to the present invention. included. Some of the above-described embodiments may be combined as appropriate.
例えば、第3の実施の形態の手法は、簡素な手法ではあるが、第1、第2の実施の形態と比較して、船方位φおよびトレーラ方位θを大まかにしか特定できない。そこで、第3の実施の形態の手法を実施した後に第1の実施の形態または第2の実施の形態を実施するという2段階での特定方法を採用してもよい。すなわち、操船者は、第3の実施の形態の手法により、船方位φ、トレーラ方位θを大まかに特定した後、これらの特定結果をたよりに船舶100をトレーラ200へ近づけ、あるいは、トレーラ200を正面に捉えるように船舶100を移動させる。その後、制御部101は、第1の実施の形態または第2の実施の形態を実施することで、距離Lを特定すると共に、船方位φ、トレーラ方位θをより正確に特定する。
For example, although the method of the third embodiment is a simple method, compared to the first and second embodiments, the ship heading φ and the trailer heading θ can only be specified roughly. Therefore, a two-stage identification method may be adopted in which the technique of the third embodiment is implemented and then the first embodiment or the second embodiment is implemented. That is, after roughly identifying the ship azimuth φ and the trailer azimuth θ by the method of the third embodiment, the operator brings the
なお、本発明は、ジェットボートに限定されず、船外機、船内機または船内外機によって推進する各種の船舶にも適用可能である。 The present invention is not limited to jet boats, and can be applied to various types of watercraft propelled by outboard motors, inboard motors, or inboard/outboard motors.
100 船舶、 101 制御部、 107 波信号受信部、 200 トレーラ、 201 波信号発生部、 131、132、133 LED、 134 カメラ、 151、152、153 指向性LED、 FD1、FD2、FD3 フォトダイオード、 MC1、MC2 マイク、 SPA、SPB、SPC スピーカ
100 Ship 101
Claims (24)
前記船舶または前記トレーラのいずれか他方である第2の物体に配置され、前記波信号発生部の各位置から発せられた波信号を受信する波信号受信部と、
前記波信号受信部により受信された前記各位置からの波信号に基づいて、前記第1の物体から見た前記第2の物体の方位を少なくとも含む前記船舶と前記トレーラとの相対的位置情報を特定する位置特定部と、を有する、位置特定システム。 a wave signal generator disposed on a first object, either a ship or a trailer for loading said ship, for generating wave signals from at least three different positions with known relative positions to each other; ,
a wave signal receiver disposed on a second object, which is the other of the ship or the trailer, for receiving a wave signal emitted from each position of the wave signal generator;
Based on the wave signals from each of the positions received by the wave signal receiving unit, relative position information between the ship and the trailer, including at least the bearing of the second object as viewed from the first object, is obtained. a locating unit for locating; and a locating system.
前記波信号受信部は撮像装置である、請求項1に記載の位置特定システム。 said wave signal is an optical signal;
2. The localization system of claim 1, wherein the wave signal receiver is an imaging device.
前記位置特定部は、生成された前記画像から輝点を抽出すると共に、前記画像内における前記輝点の位置と前記相対的な位置関係とに基づいて、前記相対的位置情報を特定する、請求項2に記載の位置特定システム。 The imaging device generates an image including each position as a subject,
wherein the position specifying unit extracts a bright spot from the generated image and specifies the relative position information based on the position of the bright spot in the image and the relative positional relationship. Item 3. The position specifying system according to item 2.
前記波信号受信部は2つのマイクロフォンを含む、請求項1に記載の位置特定システム。 the wave signal is a sound signal;
2. The position location system of claim 1, wherein the wave signal receiver includes two microphones.
前記位置特定部は、前記各位置からの各音信号の発生時刻と、前記マイクロフォンでの前記各音信号の受信時刻と、前記相対的な位置関係とに基づいて、前記相対的位置情報を特定する、請求項11に記載の位置特定システム。 each of the two microphones receives a sound signal emitted from each of the locations;
The position specifying unit specifies the relative position information based on the generation time of each sound signal from each position, the reception time of each sound signal at the microphone, and the relative positional relationship. 12. The location system of claim 11, wherein:
前記波信号受信部は受光部を含み、
前記位置特定部は、前記受光部により受光された光信号の発生元が前記各位置のいずれであるかによって、前記第1の物体から見た前記第2の物体の方位を特定する、請求項1に記載の位置特定システム。 the wave signals emitted from the respective positions are optical signals that have directivity and point in different directions;
the wave signal receiving portion includes a light receiving portion;
The position specifying unit specifies the orientation of the second object as viewed from the first object, depending on which of the positions the light signal received by the light receiving unit is generated. 2. The localization system according to claim 1.
前記光信号の点滅パターンは互いに異なっている、請求項17に記載の位置特定システム。 irradiating regions of optical signals emitted from positions pointing in directions adjacent to each other among the respective positions have overlapping regions;
18. The location system of claim 17, wherein the flashing patterns of said light signals are different from each other.
前記位置特定部は、2つ以上の前記受光部のうち光信号を受光した受光部によって、前記第2の物体から見た前記第1の物体の方位を特定する、請求項17または18に記載の位置特定システム。 The wave signal receiving unit includes two or more light receiving units having light receiving ranges in different directions,
19. The position specifying unit according to claim 17 or 18, wherein said position specifying unit specifies the orientation of said first object as seen from said second object by a light receiving unit that has received an optical signal among said two or more light receiving units. locating system.
前記第2の物体に配置され、前記複数の発光部から発せられた光信号を受信する受光部と、をさらに有し、
前記位置特定部は、前記受光部により受光された光信号の発生元が前記複数の発光部のうちいずれの発光部であるかによって、前記第1の物体から見た前記第2の物体の方位を特定する、請求項1に記載の位置特定システム。 a plurality of light emitting units arranged on the first object and emitting optical signals having directivity and directed in different directions;
a light receiving unit disposed on the second object and configured to receive optical signals emitted from the plurality of light emitting units;
The position specifying unit determines the orientation of the second object as seen from the first object, depending on which one of the plurality of light emitting units is the source of the optical signal received by the light receiving unit. 2. The position determination system of claim 1, wherein the position determination system determines the .
前記位置特定システムにおける前記位置特定部を有する、船舶。 A vessel being the first object or the second object in the localization system of any one of claims 1 to 21,
A vessel comprising the localization unit of the localization system.
前記位置特定システムにおける前記位置特定部を有する、船舶用トレーラ。
A marine trailer being the first object or the second object in the localization system of any one of claims 1 to 21,
A marine trailer comprising the localization part of the localization system.
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US17/835,264 US20230021321A1 (en) | 2021-07-15 | 2022-06-08 | Position locating system, marine vessel, and trailer for marine vessel |
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